8通道TD-LTE系統(tǒng)研究

　　1 LTE系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)

　　LTE(Long Term EvoluTIon)是3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)項(xiàng)目，兼容目前的3G通信系統(tǒng)并對(duì)3G進(jìn)行演進(jìn)。它具有高傳輸速率、高傳輸質(zhì)量和高移動(dòng)性的特性，改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO技術(shù)作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的惟一標(biāo)準(zhǔn)。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率。

　　自2004年11月啟動(dòng)LTE項(xiàng)目以來(lái)，3GPP以頻繁的會(huì)議全力推進(jìn)LTE的研究工作，僅半年就完成了需求的制定。2006年6月，3GPP RAN(無(wú)線接入網(wǎng))TSG已經(jīng)開(kāi)始了LTE工作階段(WI)，但經(jīng)過(guò)艱苦的討論和融合，終于確定了大部分基本技術(shù)框架，一個(gè)初步的LTE系統(tǒng)已逐漸展示在我們眼前。

        通過(guò)介紹LTE標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)，說(shuō)明了TD-LTE和LTE FDD兩種制式的由來(lái)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)兩種制式由于本身特點(diǎn)帶來(lái)的天線技術(shù)選擇上的差異進(jìn)行了剖析。通過(guò)相同且合理的仿真條件下仿真結(jié)果的對(duì)比說(shuō)明了使用多天線的TD-LTE系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在。

　　LTE系統(tǒng)從定義需求開(kāi)始。主要需求指標(biāo)包括：

　　●支持1.4~20MHz帶寬。

　　●峰值數(shù)據(jù)率：上行50Mbit/s，下行100Mbit/s。頻譜效率達(dá)到3GPP R6的2~4倍。

　　●提高小區(qū)邊緣的比特率。

　　●用戶(hù)面延遲(單向)<5ms，控制面延遲<100ms。

　　●支持與現(xiàn)有3GPP和非3GPP系統(tǒng)的互操作。

　　●支持增強(qiáng)型的廣播多播業(yè)務(wù)。

　　●降低建網(wǎng)成本，實(shí)現(xiàn)從R6的低成本演進(jìn)。

　　●實(shí)現(xiàn)合理的終端復(fù)雜度、成本和耗電。

　　●支持增強(qiáng)的IMS(IP多媒體子系統(tǒng))和核心網(wǎng)。

　　●追求后向兼容，但應(yīng)該仔細(xì)考慮性能改進(jìn)和向后兼容之間的平衡。

　　●取消CS(電路交換)域，CS域業(yè)務(wù)在PS(包交換)域?qū)崿F(xiàn)，如采用VoIP。

　　●對(duì)低速移動(dòng)優(yōu)化系統(tǒng)，同時(shí)支持高速移動(dòng)。

　　●以盡可能相似的技術(shù)同時(shí)支持成對(duì)(Paired)和非成對(duì)(Unpaired)頻段。

　　●盡可能支持簡(jiǎn)單的臨頻共存。

　　針對(duì)WiMAX“低移動(dòng)性寬帶IP接入”的定位，LTE系統(tǒng)提出了相對(duì)應(yīng)的需求，如相似的帶寬、數(shù)據(jù)率和頻譜效率指標(biāo)，對(duì)低移動(dòng)性進(jìn)行優(yōu)化，只支持PS域，強(qiáng)調(diào)廣播多播業(yè)務(wù)等。同時(shí)，出于對(duì)VoIP和在線游戲的重視，LTE對(duì)用戶(hù)面延遲的要求近乎苛刻。關(guān)于向后兼容的要求似乎模棱兩可，由于選擇了大量的新技術(shù)，在物理層已難以保持從3G系統(tǒng)平滑過(guò)渡。LTE系統(tǒng)與WiMAX系統(tǒng)一樣都選擇了OFDM作為基本技術(shù)，而非CDMA技術(shù)。

　　如前所述，在LTE系統(tǒng)中對(duì)系統(tǒng)的時(shí)延情況提出了更加嚴(yán)格的要求：

　　●顯著降低控制面時(shí)延：100ms：LTE_Idle→LTE_AcTIve;50ms：Dormant→AcTIve 50ms。

　　●用戶(hù)面時(shí)延：定義為UE或RAN邊緣節(jié)點(diǎn)IP層包數(shù)據(jù)至RAN邊緣節(jié)點(diǎn)或UE IP層包數(shù)據(jù)的單項(xiàng)傳輸時(shí)間。

　　●需求：5ms(無(wú)負(fù)載IP包的情況下，需要后續(xù)補(bǔ)充定義)。

　　為了滿(mǎn)足如上要求，除空中接口無(wú)線幀長(zhǎng)度的變化和TTI等變化以縮短空中接口的延遲之外，還需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行演進(jìn)，盡量減少多余節(jié)點(diǎn)，從而減少網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時(shí)延。但不管結(jié)構(gòu)如何演變，無(wú)線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)仍然遵循各自發(fā)展的原則，空中接口終止在無(wú)線接入網(wǎng)中。因此，無(wú)線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的邏輯關(guān)系仍然存在，無(wú)線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的接口也依然明晰。

　　基于上述背景，LTE系統(tǒng)在基本技術(shù)上一開(kāi)始就選擇了OFDM，MIMO和智能天線等技術(shù)作為基本物理層技術(shù)并且保留了FDD和TDD兩種制式的LTE技術(shù)。下面我們就這兩種制式的一些共性和差異作進(jìn)一步的分析。

　　2 相同條件下FDD與TDD頻譜效率相當(dāng)

　　LTE FDD與LTE TDD(即TD-LTE)系統(tǒng)基本幀結(jié)構(gòu)差異本文不作分析。就基本幀結(jié)構(gòu)而言，TDD系統(tǒng)保留了從TD-SCDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)而來(lái)的3個(gè)特殊時(shí)隙，并且為了適應(yīng)無(wú)線幀的融合，還設(shè)計(jì)了不同的上/下行時(shí)隙配比和特殊時(shí)隙的不同符號(hào)數(shù)配比。就頻譜效率而言，通過(guò)我們的仿真結(jié)果可以表明，兩者基本相當(dāng)。

　　仿真條件：

　　●網(wǎng)絡(luò)模型：19X3。

　　●頻段及載波帶寬2GHz，BW 20MHz。

　　●傳播環(huán)境：Urban Macro。

　　●鏈路模型：SCM-E，3km/h。

　　●基站發(fā)射功率：PBS_max :46dBm。

　　●TDD配置：TDD UL:DL，2:2;Special Frame：10:2:2。

　　●終端發(fā)射功率：PUE_Max:23Bm。

　　●終端高度：1.5m。

　　●下行：Scheme: rank1/rank2自適應(yīng)調(diào)整;No Power Control。

　　●上行：Scheme: IRC(干擾一致合并)，上行功控打開(kāi)。

　　基于上述相同條件下，通過(guò)仿真，得出如表1結(jié)果。

　　表1 仿真結(jié)果

　　通過(guò)表1的對(duì)比可以看出，無(wú)論是上行鏈路還是下行鏈路，TDD系統(tǒng)與FDD系統(tǒng)在頻譜效率上均基本相當(dāng)，下行鏈路的平均頻譜效率在DL:1.5~1.6(bit/s/Hz)，上行鏈路的結(jié)果則僅相差0.1bit/s/Hz。兩種系統(tǒng)的邊緣用戶(hù)頻譜效率則更是幾乎沒(méi)有差別，這意味著兩種系統(tǒng)的邊緣用戶(hù)體驗(yàn)完全一致。

　　通過(guò)仿真的對(duì)比結(jié)果可以看出，TDD系統(tǒng)與FDD系統(tǒng)的頻譜效率相當(dāng)。那么TDD系統(tǒng)和FDD系統(tǒng)還有哪些差異呢?